Курс лекций

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Н. БОГДАШЕВ, В. А. ПОПКОВ

Пятигорск

ББК 24.6

УДК: 541.1 (042.4)

Р е ц е н з е н т ы:

Маршалкин Михаил Федорович, доктор химических наук

Авторы: доктор фармацевтических наук Н. Н. Богдашев,

доктор фармацевтических наук, академик РАО В. А. Попков

Курс лекций по физической и коллоидной химии. Часть II - Коллоидная

химия.

Для студентов фармацевтических ВУЗов.

Редакционный совет:

Председатель - проф. Е. Н. Вергейчик, проф. В. Г. Беликов, проф. В. И. По­го­ре­лов, проф. Ю. Г. Пшуков, проф. М. Д. Гаевый, проф. Д. А. Муравьева, доц. В. В. Га­цан, доц. Б. И. Литвяк, В. В. Карпова, Т. М. Браташова.

ОГЛАВЛЕНИЕ

	Стр.
Предисловие..................................................	.. 7
Принятые обозначения..........................................	...8
Основные физические константы.................................	...9
ВВЕДЕНИЕ
1.	Предмет коллоидной химии, её место среди естественно­научных дисциплин и значение для фармации, медицины и биологии............................................	..10
	Признаки объектов коллоидной химии....................	..12
3.	Краткий исторический очерк............................	..14
I. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
ГЛАВА	1. Особенности строения поверхностного слоя. Поверхностное натяжение	..16
1.1.	Поверхностная энергия Гиббса. Поверхностное натяжение....	..16
1.2.	Пути уменьшения свободной поверхностной энергии.......	..17
1.3.	Поверхностно-активные вещества........................	..19
1.4.	Классификация поверхностно-активных веществ...........	..19
1.5.	Применение поверхностно-активных веществ..............	..21
1.6.	Изотерма поверхностного натяжения. Уравнение Шишковского.........................................	..22
1.7.	Свойства ПАВ: поверхностная активность, гидрофильно- липофильный баланс....................................	..23
1.8.	Мицеллообразование в растворах МПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования. Солюбилизация.......	..25
1.9.	Липосомы............................................	..27
ГЛАВА	2. Когезия. Адгезия. Смачивание
2.1.	Когезия..............................................	..29
2.2.	Адгезия..............................................	..30
2.3.	Смачивание. Растекание................................	..30
2.4.	Инверсия смачивания..................................	..34
ГЛАВА	3. Адсорбция........................................
3.1.	Общие понятия........................................	..36
3.2.	Адсорбция на поверхности раздела «жидкость – газ»........	..39
3.3.	Адсорбция на поверхности раздела «жидкость – жидкость»..	..43
3.4.	Адсорбция на поверхности раздела «твёрдое тело – газ»...,.	..44
3.4.1.	Мономолекулярная адсорбция. Уравнение Лэнгмюра........	..46
3.4.2.	Уравнение Фрёйндлиха................................	..51
3.4.3.	Полимолекулярная адсорбция. Капиллярная конденсация....	..52
3.5.	Адсорбция на поверхности раздела «твёрдое тело – жидкость»...........................	..55
3.5.1.	Молекулярная адсорбция................................	..56
3.5.2.	Адсорбция из водных растворов электролитов..............	..58
3.5.3.	Влияние природы адсорбирующихся ионов.................	..58
3.5.4.	Влияние природы адсорбента............................	..59
3.5.5.	Образование двойного электрического слоя................	..59
3.5.6.	Обменная адсорбция....................................	..60
3.5.6.1.	Иониты..............................................	..63
3.6.	Хроматография........................................	..66
3.6.1.	Общие представления и классификация хроматографических методов...............................................	..66
3.6.2.	Газовая хроматография.................................	..67
3.6.3.	Жидкостная хроматография..............................	..68
3.6.3.1.	Адсорбционная хроматография..........................	..68
3.6.3.2.	Распределительная хроматография.......................	..70
3.6.3.3.	Аффинная хроматография...............................	..71
3.6.3.4.	Эксклюзионная хроматография.........................	..71
3.6.3.5.	Ионообменная хроматография............................	..72
3.6.4.	Хроматография на бумаге...............................	..73
3.6.4.1.	Осадочная хроматография...............................	..73
II. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
ГЛАВА	4. Получение и очистка дисперсных систем
4.1.	Классификация.......................................	..75
4.2.	Получение............................................	..78
4.2.1.	Диспергационные методы...............................	..80
4.2.2.	Конденсационные методы...............................	..84
4.2.3.	Комбинированные методы..............................	..86
4.3.	Очистка коллоидных растворов..........................	..89
ГЛАВА	5. Двойной электрический слой. Строение мицеллы лиофобных золей
5.1.	Строение двойного электрического слоя...................	..92
5.2.	Влияние на двойной электрический слой разбавления и введения электролитов................................	..96
5.3.	Строение мицеллы лиофобных золей......................	..97
5.4.	Формула мицеллы.....................................	.100
5.5.	Электрокинетические явления...........................	.103
5.6.	Экспериментальное определение электрокинетического потенциала...........................................	.105
ГЛАВА	6. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем
6.1.	Виды устойчивости....................................	.109
6.2.	Факторы агрегативной устойчивости......................	.111
6.3.	Коагуляция...........................................	.113
6.4.	Коагуляция под действием электролитов. Порог коагуляции..	.116
6.5.	Теории коагуляции.....................................	.119
6.6.	Кинетика коагуляции...................................	.123
6.7.	Коагуляция смесью электролитов........................	.124
6.8.	Привыкание...........................................	.126
6.9.	"Неправильные ряды"..................................	.126
6.10.	Взаимная коагуляция золей..............................	.127
6.11.	Коллоидная защита....................................	.128
ГЛАВА	7. Молекулярно-кинетические и реологические свойства дисперсных систем
7.1.	Броуновское движение и диффузия в коллоидных системах..	.131
7.2.	Седиментация и седиментационная устойчивость...........	.136
7.3.	Закономерности седиментации в гравитационном поле. Уравнение Стокса......................................	.137
7.4.	Седиментация в центробежном поле......................	.139
7.5.	Седиментационный анализ..............................	.140
7.6.	Вязкость дисперсных систем............................	.148
7.7.	Осмотическое давление дисперсных систем................
ГЛАВА	8. Оптические свойства и методы исследования дисперсных систем
8.1.	Явления, наблюдаемые при попадании света в дисперсные системы..............................................	.152
8.2.	Рассеяние света. Уравнение Рэлея........................	.153
8.3.	Оптические методы исследования и анализа...............	.159
ГЛАВА	9. Отдельные классы дисперсных систем
9.1.	Суспензии и пасты.....................................	.166
9.2.	Эмульсии............................................	.169
9.3.	Пены.................................................	.176
9.4.	Аэрозоли.............................................	.179
9.5.	Порошки.............................................	.187
iiI. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ РАСТВОРЫ
ГЛАВА	10. Высокомолекулярные вещества
10.1.	Классификация высокомолекулярных веществ.............	.191
10.2.	Получение, применение и свойства высокомолекулярных веществ...............................................	.193
10.3.	Фазовые и физические состояния полимеров...............	.195
10.4.	Набухание............................................	.197
10.5.	Растворение...........................................	.201
10.6.	Свойства растворов высокомолекулярных веществ..........	.203
10.6.1.	Вязкость. Вискозиметрия...............................	.206
10.6.2.	Осмотическое давление, Осмометрия.....................	.211
10.6.3.	Мембранное равновесие................................	.213
10.6.4.	Оптические свойства...................................	.216
10.7.	Полиэлектролиты. Белки. Изоэлектрическая точка..........	.217
10.7.1.	Методы определения изоэлектрической точки белков.......	.219
10.8.	Выделение ВМВ из растворов. Коацервация...............	.221
10.9.	Застудневание.........................................	.223
10.10.	Пластическая вязкость. Уравнение Бингема...............	.225
ГЛАВА	11. Гели и студни
11.1.	Классификация и применение гелей и студней..............	.225
11.2.	Свойства гелей и студней...............................	.229
11.2.1.	Тиксотропия...........................................	.230
11.2.2.	Синерезис............................................	.231
11.2.3.	Диффузия в гелях и студнях.............................	.232
11.2.4.	Периодические реакции.................................	.234
Использованная литература.....................................	.238
Предметный указатель..........................................	.240

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее издание представляет собой вторую часть учебного пособия, содержащую изложение курса лекций по коллоидной химии, читаемого автором студентам Пятигорской государственной фармацевтической академии.

Коллоидная химия изучает физико-химические свойства дисперсных систем – систем, одна из фаз которых представляет совокупность очень мелких частиц. Такие системы широко распространены в природе, в быту, в технике, строительстве и других областях деятельности, а также, что немаловажно, и в фармации. Закономерности коллоидной химии лежат в основе процессов приготовления лекарственных форм, их хранения и старения. Поэтому знание основ коллоидной химии необходимо провизорам широкого профиля, а также технологам химического и фармацевтического производства, производства средств, используемых в парфюмерии, косметике и в быту.

В данном “Курсе” использована та же модульная система изложения, что и в томе, посвящённом физической химии. То же относится к оформлению текста и к поисковому аппарату. В связи с тем, что материал, входящий в каждый раздел, представляет собой единое целое, в книге отсутствует деление на лекции.

Автор выражает глубокую благодарность всем сотрудникам Пятигорской государственной фармацевтической академии и в особенности сотрудникам кафедры физической и коллоидной химии ПГФА, чьи советы, критические замечания и помощь были использованы при подготовке курса лекций и написании настоящего издания, искреннюю признательность - рецензентам за кропотливый анализ рукописи и за конструктивные замечания перед подготовкой к печати.

Автор с признательностью и благодарностью примет все отзывы, замечания и пожелания.

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

A – величина адсорбции

а -1)линейные размеры частиц

2) термодинамическая активность

C – 1) молярная концентрация

2) объёмная концентрация

D – 1) степень дисперсности

2) коэффициент диффузии

d – диаметр

E – 1) напряжение

2) энергия

F -сила

G_S -свободная поверхностная энергия

g – ускорение силы тяжести

H – 1) напряжённость электрического

поля

2) энтальпия

I – интенсивность света

j _диф - поток диффузии

K - 1) константа адсорбционного

равновесия

2) константа обмена

3) константа скорости коагуляции

K’ – молярный коэффициент мутности

k -1) константа Больцмана

l - длина

M -молярная масса

m -масса

N_A -число Авогадро

n – 1) количество вещества (моль)

2) коэффициент преломления

3) количество частиц

P – коагулирующая способность

p – давление

Q – объёмная скорость течения

R - универсальная газовая постоянная

r - радиус

S – 1) площадь

2) энтропия

S _сед - константа седиментации

S _уд – удельная поверхность

Т - температура

t - время

V - объём

v – скорость

w – работа

z – заряд иона

a – степень набухания

b - кратность пены

Г – поверхностный избыток

g - порог коагуляции

Dх – средний сдвиг частиц при

броуновском движении

d - толщина двойного электрического

слоя

e - диэлектрическая проницаемость

e ₀ – электрическая постоянная

z - электрокинетический потенциал

j - 1) объёмная концентрация

2) электротермодинамический

потенциал

h - вязкость

q - 1)краевой угол смачивания

2) предел текучести

l - 1) гидрофильно-липофильный

баланс

2) длина волны

n - частичная концентрация

p -1) геометрическая константа

2) осмотическое давление

r -плотность

S - сумма

s - 1) поверхностное натяжение

2) плотность заряда

w - угловая скорость вращения

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ

Число Авогадро N_A 6,02252´10²³ моль^-1

Число Фарадея F 96487 Кл/моль-экв

Константа Больцмана k 1,3804´10^-23 Дж/К

Универсальная газовая постоянная R 8,314 Дж/моль·К =

= 1,98725 кал/моль·К =

= 0,082057 л·атм/моль·К

Электрическая постоянная e ₀ 8,85418782´10¹² Ф/м

Дата добавления: 2014-01-04